專利名稱：速度可變的話音信號再生裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及速度可變的話音信號(Speech signal)再生方法，特別是涉及速度可變的話音信號再生方法，該方法能夠以調整的速度播放存儲于存儲介質中的話音信號，同時避免音色的任何降低，或者在由話音信號再生裝置如磁帶播放機、VCR、多媒體設備、計算機等播放話音信號時當變化播放速度時出現(xiàn)的話音信號的丟失，使得能夠聽到播放的話音信號好象一個人快速地或慢慢地講話。
在磁帶或視頻播放機中，一般地，當播放速度變化時音頻的音色也變化。當以高速進行播放時，所播放的音頻信號離開其原始的音頻水平，使得聽到一個“唧唧”聲。在低播放速度時，產生典型地稱為“磁帶松開聲”的聲音。
這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是因為當記錄在記錄介質上的音頻信號播放速度變化時，其頻率的水平和音調分量變化。作為防止這種現(xiàn)象的一種常規(guī)方法，日本專利公開出版號平成4-168499(1992年6月16日)公開了部分播放由存儲緩沖器讀出的音頻信號的方法。根據(jù)這個方法，當播放速度加倍時，由存儲緩沖器讀出的音頻信號以這樣的方式部分地播放只有其兩連續(xù)的時間片(time-slice)之一被播放。
在根據(jù)上述常規(guī)方法以雙倍速度播放有聲記錄“I go to school with Jane”，分別相應于

圖1所示的陰影部分的原始話音分量被消除去，所以僅可再生話音“I towith Jane”。
由于以較高播放速度常規(guī)方法只播放部分話音以保持話音的音色，該話音的原始含義受到損壞。結果使用常規(guī)再生裝置很難理解話音的含義。此外，它使收聽者感覺不舒服。
因此，本發(fā)明的目的是解決上述問題和提供速度可變話音信號再生的方法，該方法能夠以調整的速度播放存儲在存儲介質中的話音信號，同時避免音色的任何降低，或者由話音信號再生裝置播放話音信號時在變化播放速度時出現(xiàn)的話音信號的丟失，使得能夠聽到播放的話音信號好象一個人快速地或慢慢地講話。
根據(jù)本發(fā)明，這個目的是利用適于接收數(shù)字話音信號并處理它們的一個信號處理器，適用于存儲通過信號處理器處理的數(shù)字話音信號的一個存儲器和適用于控制該信號處理器及存儲器的一個微計算機提供速度可變話音信號再生方法實現(xiàn)的，包括步驟(a)使用平均幅度差函數(shù)從數(shù)字話音信號中檢測特別的音調；(b)根據(jù)第一步驟的結果從話音信號中分離出濁音和清音；(c)暫時地存儲在第二步分離清音；(d)復制或刪除在第二步分離的濁音的一部分，藉此調制話音信號的長度；和(e)合成在第四步驟調制的濁音與在第三步驟暫時存儲在存儲器中的清音。
本發(fā)明提供一種速度可變話音信號再生方法，該方法使用適于接收數(shù)字話音并處理它們的一個信號處理器，適用于存儲通過信號處理器處理的數(shù)字話音信號的一個存儲器和適用于控制該信號處理器和存儲器的一個微計算機。根據(jù)本發(fā)明，速度可變話音信號再生方法包括使用平均幅度差函數(shù)(AMDF)從數(shù)字話音信號中檢測特別的音調的第一步驟，根據(jù)第一步驟的結果從話音信號中分離出濁音和清音音的第二步驟，暫時地存儲在第二步驟分離的清音的第三步驟，復制或刪除在第二步驟分離出的濁音的一部分，由此調制話音信號的長度的第四步驟，和合成在第四步驟調制的濁音與在第三步驟暫時地存儲在存儲器中的清音。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選是在第一步驟執(zhí)行的特別話音信號音調的檢測使用下式得到Γn(k)=Σm=0∞|x(n+m)ω1(m)-x(n+m-k)ω2(m+k)|]]> 式中N窗口函數(shù)的一定段；m取樣位置；k相應于被檢測的特別話音信號音調的時間常數(shù)。
優(yōu)選地，第二步驟以這樣的方式進行當在第一步驟檢測話音信號為具有特別的音調，它們被識別為濁聲，因而被檢測為不具有特別音調的話音信號被識別為清音。
根據(jù)本發(fā)明，最好是在第四步驟執(zhí)行的信號調制是通過把一個窗口函數(shù)應用到相應于濁音的一個音調的話音信號部分而實現(xiàn)的，該窗口函數(shù)提供從每個話音源延伸的一定信號長度，調制的信號如下式所示xm(n)＝hm(tm－n)x(n)式中，xm(n)調制的話音信號；
hm(n)窗口函數(shù)；tm每個話音源的位置；和x(n)輸入話音信號(在時間軸n上話音的數(shù)量)。最好地，調制濁音與在第一步驟執(zhí)行的清音的合成使用下式取得x(n)Σqaqxq(n)hq(tq-n)Σqhq2(tq-n)]]>式中，αq調整合成的話音數(shù)量的變量；x(n)調制的話音特性x(n)＝(x(n－δq))；tq(n)每個調制的話音源的位置；和δq用于確定播放速度的變量。
從下面對照附圖的實施例的敘述中，本發(fā)明的其它目的和方案變得清楚了，其中圖1是說明常規(guī)的速度可變話音再生方法的圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明用于執(zhí)行速度可變話音信號再生方法的速度可變話音信號再生裝置的圖示方框圖；圖3是說明圖2的安排的詳細方框圖；圖4是說明根據(jù)本發(fā)明用于執(zhí)行話音信號再生方法的微計算機的操作的流程圖；和圖5A至5E是分別說明根據(jù)本發(fā)明使用在圖2至4中所示的裝置調制話音信號的過程的波形圖。
現(xiàn)在結合附圖敘述根據(jù)本發(fā)明的速度可變話音信號再生方法的優(yōu)選實施例。
圖2是表示用于執(zhí)行本發(fā)明的速度可變話音信號再生方法的速度可變話音信號再生裝置的方框圖。
如圖2所示，該裝置包括一個模/數(shù)(A/D)變換器1，用于變換模擬話音信號為數(shù)字話音信號。數(shù)字信號處理器2接到A/D變換器1。數(shù)字信號處理器2用于處理由A/D變換器1以數(shù)字信號的形式變換的話音信號。數(shù)/模(D/A)變換器3接到數(shù)字信號處理器2，將以數(shù)字信號處理器2處理的數(shù)字話音信號變換為模擬話音信號。該裝置還包括一個存儲器4，適用于暫時存儲加在數(shù)字信號處理器2的數(shù)字話音信號，和一個微計算機5，適用于根據(jù)外加的控制信號來控制數(shù)字信號處理器2。
如圖3中所示的，數(shù)字信號處理器2包括一個多路復用器6，適用于首先同時地接收從A/D變換器1來的數(shù)字話音信號和存儲在存儲器4中的修改的話音信號，然后在微計算機5的控制下選擇地輸出所接收的兩個話音信號之一。信號處理器7接到多路復用器6的輸出。信號處理器7用于處理從多路復用器6輸出的話音信號或修改的話音信號，因而合成所選擇的信號部分。信號處理器7還在微計算機5的控制下控制數(shù)字信號處理器2的整個操作1。解碼器8接到信號處理器7的輸出，解碼器8接收控制信號并且將它發(fā)送到數(shù)字信號處理器2的所選擇的單元。一個讀/寫指令控制單元9、一個存儲地址指定單元10、一個存儲器數(shù)據(jù)輸出單元11和一個數(shù)據(jù)輸出單元12連接到解碼器8的輸出。根據(jù)從解碼器8接收的控制信號，讀寫指令控制單元9檢查存儲器4是處于其讀狀態(tài)或者寫狀態(tài)并且根據(jù)存儲器4的狀態(tài)輸出讀或寫指令。存儲地址指定單元10用于指定相應于存儲單元的地址，根據(jù)從解碼器8接收的控制信號，該數(shù)據(jù)將被存儲。存儲器數(shù)據(jù)輸出單元11適用于根據(jù)從解碼器8接收的控制信號將通過信號處理器7處理的修改的話音信號發(fā)送到存儲器4。另一方面，數(shù)據(jù)輸出單元12根據(jù)從解碼器8來的控制信號將通過信號處理器7處理的修改的話音信號發(fā)送到數(shù)/模變換器3。數(shù)字信號處理器2還包括一個存儲控制單元13，它從讀/寫指令單元9接收讀或寫指令和控制在存儲器4中記錄新的話音信號或檢測記錄的話音信號的操作。
在圖3中，標號14表示存儲器數(shù)據(jù)輸入單元，用于接收存儲在存儲器4中的數(shù)據(jù)和將它發(fā)送到多路復用器6。
現(xiàn)在結合圖4和5詳細地敘述具有上述安排的速度可變話音再生裝置的操作。
微計算機5開始取樣從A/D變換器1接收的數(shù)字話音信號，它還輸出控制信號到信號處理器7，如圖4所示。如果假定一個取樣數(shù)據(jù)具有16比特的容量，用于每個取樣的取樣數(shù)據(jù)的數(shù)量是80，和在160話音信號被取樣時開始信號處理，即在收到相應于一幀的取樣數(shù)據(jù)的數(shù)量時，微計算機5控制多路復用器6將由A/D變換器1變換的數(shù)字話音信號(80取樣數(shù)據(jù))加到信號處理器7(步驟S1)。然后微計算機5檢測接收的加到信號處理器7的話音信號(取樣數(shù)據(jù))的數(shù)量并檢查所檢測的話音信號數(shù)量是否相應于一幀(步驟S2)。在步驟S2確定接收的取樣數(shù)據(jù)不相應于一幀時，微計算機5返回到步驟S1，然后將控制信號加在多路復用器6。根據(jù)從微計算機5接收的控制信號，多路復用器6發(fā)送從A/D變換器1接收的數(shù)字話音信號(80取樣數(shù)據(jù))到信號處理器7。
在步驟S2確定接收的話音信號(取樣數(shù)據(jù))的數(shù)量相應于一幀時，微計算機5執(zhí)行對信號處理器7的控制操作，以使用ADMF執(zhí)行信號處理過程(步驟S3)。在微計算機5的控制下，信號處理器7執(zhí)行AMDF信號處理過程，因而檢測話音信號(160取樣數(shù)據(jù))的特別音調。
ADMF方法是使用窗口函數(shù)用于檢測話音信號的特別音調的方法。在這個情況下，話音信號具有特別的音調，它們被確定為濁音。另一方面，在話音信號不具有特別音調時，它們被確定為清音。這樣的AMDF方法可用下式表示Γn(k)=Σm=0∞|x(n+m)ω1(m)-x(n+m-k)ω2(m-k)|]]> 式中，N窗口函數(shù)的一定段；m取樣位置；k相應于被檢測的特別話音信號音調的時間常數(shù)。
當在上述過程中檢測到話音信號的周期分量時，則檢查相應的話音信號部分是否相應于清音(步驟S4)。如果確定該話音信號部分相應于清音(如圖5A中所示的)，則微計算機5將控制信號加到信號處理器7，而信號處理器7發(fā)送話音信號而不處理相應于清音的話音信號部分。信號處理器7還將控制信號加到解碼器8，以便將清音數(shù)據(jù)存儲到存儲器4。根據(jù)從信號處理器7來的控制信號，解碼器8輸出控制信號，這樣信號又分別被發(fā)送到讀/寫指令單元9、存儲地址指定單元10和存儲數(shù)據(jù)輸出單元11。
讀/寫指令單元9輸出一個讀指令，以便在存儲器4中存儲從信號處理器7輸出的清音數(shù)據(jù)。從讀/寫指令單元9來的控制信號被加到存儲器控制單元13，然后加到存儲器4。另一方面，存儲地址指定單元10輸出相應于存儲清音數(shù)據(jù)的存儲單元的地址。因此，存儲器4在其相應于由存儲地址指定單元10指定的地址的存儲單元存儲從存儲器數(shù)據(jù)輸出單元11輸出的清音數(shù)據(jù)。
如果在步驟S4確定具有周期分量的話音信號部分不相應于清音，則微計算機5將控制信號加到信號處理器7以便處理話音信號部分。
即，信號處理器7復制或刪除相應于濁音的話音信號部分，因此調制語音信號的長度(步驟S6)。在通過復制或刪除濁聲的一部分執(zhí)行調制的過程中，話音信號的一個音調部分與另一個音調信號部分合成時，在話音信號的結合部分可出現(xiàn)信號間的碰撞(strike)，因而導致形成不希望的脈動分量的現(xiàn)象。
為了避免這種現(xiàn)象，通過將希望的窗口函數(shù)加到每個信號分量來進行信號調制。窗口函數(shù)可用下式表示xm(n)＝hm(tm－n)x(n)式中，xm(n)已調制的話音信號；hm(n)窗口函數(shù)；tm每個話音源的位置；和X(n)輸入話音信號(在時間軸幾上的話音總數(shù))。
在信號調制完成之后，微計算機5將控制信號加到信號處理器7，信號處理器7又將控制信號加到解碼器8，以檢測存儲在存儲器4中的清音數(shù)據(jù)。根據(jù)信號處理器7來的控制信號，解碼器8執(zhí)行控制操作，從讀/寫指令單元9輸出寫指令。寫指令通過存儲器控制單元13發(fā)送到存儲器4。
解碼器8也將控制信號加在存儲地址指定單元10，以便輸出與存儲在存儲器4中的清音數(shù)據(jù)相關的地址。因此，存儲器4輸出存儲在其指定存儲單元中的清音數(shù)據(jù)。從存儲器4輸出的清音數(shù)據(jù)經(jīng)過存儲數(shù)據(jù)輸入單元14發(fā)送到多路復用器6。另一方面，微計算機5將控制信號加到多路復用器6，以至從存儲器4輸出的清音數(shù)據(jù)可由信號處理器7接收。
如圖5D和5E所示，信號處理器7合成所接收的清音數(shù)據(jù)與通過信號處理過程調制的濁音(步驟S7)。在信號合成之后得到的結果話音信號被發(fā)送到數(shù)據(jù)輸出單元12，數(shù)據(jù)輸出單元12根據(jù)解碼器8的控制信號又把話音信號發(fā)送到D/A變換器3。在信號合成之后最后得到的話音信號X(n)可用下式表示x(n)=Σqaqxq(n)hq(tq-n)Σqhq2(tq-n)]]>
式中，xq調節(jié)合成話音數(shù)量的變量；x(n)已調制的話音特性(x(n)＝x(n－δq)tq(n)每個已調制話音源的位置；和δq確定播放速度的變量。
D/A變換器3變換從信號處理器7輸出的數(shù)字話音信號為模擬話音信號，然后最終地輸出它(步驟S8)。因此，使用者可在變化的播放速度聽到話音信號，而音色無任何降低或播放的話音信號的丟失。
從上面的敘述已清楚了，本發(fā)明提供一種速度可變的話音再生方法，利用一個話音再生裝置即使在話音信號播放速度變化時也能夠避免音色的任何降低或被播放的話音信號的丟失，因此向使用者提供改善的業(yè)務。
雖然本發(fā)明已被敘述為應用在話音信號再生裝置，它也可應用于多媒體設備，在該設備中進行高速掃描。
雖然為了說明目的已公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本領域的技術人員應懂得各種修改和增加是可能的，而不脫離所附權利要求書中公開的本發(fā)明的范圍和精神。
權利要求
1.一種速度可變的話音信號再生方法，該方法使用適于接收數(shù)字話音信號并處理它們的一個信號處理器，一個存儲器，適于存儲通過該信號處理器處理的數(shù)字話音信號，和一個微計算機，適用于控制信號處理器和存儲器，該方法包括步驟(a)使用平均幅度差函數(shù)從數(shù)字話音信號中檢測特別的音調；(b)根據(jù)第一步驟的結果從該話音信號中分離濁音和清音；(c)暫時存儲在第二步分離的清音；(d)復制或刪除在第二步分離的濁音的一部分，因而調制該話音信號的長度；和(e)合成在第四步調制的清音與在第三步暫時存儲于存儲器中的清音。
2.根據(jù)權利要求1的速度可變話音信號再生方法，其中在第一步進行檢測特別的話音信號音調是使用下式得到的Γn(k)=Σm=0∞|x(n+m)ω1(m)-x(n+m-k)ω2(m-k)|]]> 式中，N窗口函數(shù)的一定段；m取樣位置；k相應于被檢測的特別話音信號音調的時間常數(shù)。
3.根據(jù)權利要求1的速度可變話音信號再生方法，其中第二步以這樣方式進行當在第一步話音信號被檢測為具有特別的音調時，它們被認為是濁音，而被檢測為不具有特別音調的話音信號被識別為清音。
4.根據(jù)權利要求1的速度可變話音信號再生方法，其中在第四步進行的信號調制是應用窗口函數(shù)實現(xiàn)的，它提供從每個話音源延伸的一定的信號長度，位置到相應于濁音的一個音調的話音信號部分，調制的話音信號如由下式指示xm(n)＝hm(tm－n)x(n)式中，xm(n)調制的話音信號；hm(n)該窗口函數(shù)；tm每個話音源的位置，和x(n)輸入話音信號(在時間軸幾上的話音總量)。
5.根據(jù)權利要求1的速度可變話音信號再生方法，其中在第五步進行的合成調制的濁音與清音聲是使用下式實現(xiàn)的x(n)=Σqaqxq(n)hq(tq-n)Σqhq2(tq-n)]]>式中，xq調節(jié)合成話音總量的變量；x(n)調制的話音特性(x(n)＝x(n－δq)tq(n)每個已調制話音源的位置；和δq確定播放速度的變量。
全文摘要
一種速度可變的話音信號再生方法能夠以調節(jié)的速度播放存儲在存儲介質中的話音信號同時避免音色的任何降低或在變化播放速度時出現(xiàn)話音信號丟失，使得被播放的話音信號可被聽到好象一個人快速地慢慢地講話時的情況。該方法包括步驟使用平均幅度差函數(shù)從輸入數(shù)字話音信號中檢測特別的音調，根據(jù)第一步的結果從該話音信號中分離出濁音和清間，暫時地存儲在第二步分離的清音，復制或刪除在第二步分離的濁音的一部分，因而調制該話音信號的長度，和合成在第四步調制的濁音與在第三步暫時存儲在存儲器中的清音。
文檔編號G10L21/04GK1149739SQ96109378
公開日1997年5月14日 申請日期1996年8月8日 優(yōu)先權日1995年9月30日
發(fā)明者金哲弘 申請人:三星電子株式會社